[实用新型]基于TiO2-ZnS光阳极的染料敏化太阳能电池

说明书

技术领域

本实用新型涉及钙钛矿染料敏化太阳能电池技术领域，具体涉及基于TiO₂-ZnS光阳极的染料敏化太阳能电池。

背景技术

近年来，太阳能电池朝着转化效率高、成本低、工艺简单、稳定性好、对环境友好的方向发展。而太阳能电池为什么没有很好的得到利用，其中主要的原因就是成本太高，转化效率还偏低。然而1991年，瑞士洛桑高等工业学院的Gratzel教授首次将染料敏化纳米晶太阳能电池的光电转化效率突破7%，染料敏化太阳能电池具备工艺简单、成本低的特点将成为未来的发展潮流；染料敏化太阳能电池的缺点是在反应过程中，由于TiO2导带中的电子与氧化态染料、I^3-复合，使外电路中的电子减少，即产生所谓的暗电流。是由于暗反应及其半导体本身复合效应造成器件转化效率低，且器件不稳定。而基于复合薄膜的TiO2-CdS中CdS会对环境产生污染，不是绿色能源。而ZnO的光生电子分离的几率相对ZnS减低，复合概率相对较大，不是理想的染料敏化太阳能光阳极材料。然而相对于TiO₂-ZnO、TiO₂-CdS复合薄膜光阳极太阳能电池，TiO₂-ZnS的ZnS室温下激子束缚能40meV，纤锌矿结构，良好的压电、载流子传输和光催化特性。ZnS光生电子分离的几率越高，电子-空穴的复合率越小，相应的光催化活性就越强且相对于CdS不会对环境造成污染。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术，提供基于TiO₂-ZnS光阳极的染料敏化太阳能电池，该染料敏化太阳能可以提高转化效率，工艺简单，节约成本，使得太阳能电池更加普及化，具体技术方案如下。

基于TiO₂-ZnS光阳极的染料敏化太阳能电池，结构从下至上依次包括导电玻璃层FTO、光阳极、染料N719、电解质、铂对电极，其特点是所述光阳极为TiO₂-ZnS多孔复合薄膜。

进一步优化地，所述TiO₂-ZnS多孔复合薄膜为TiO₂层与ZnS层复合的叠层结构，或由TiO₂材料与ZnS材料混合形成的复合结构，或ZnS层包覆TiO₂层的包覆结构。

进一步优化地，所述TiO₂-ZnS多孔复合薄膜为在表面连续且具有凹凸结构的TiO₂层上覆盖ZnS层，ZnS层表面也具有与TiO₂层表面凹凸方向相同的凹凸结构。

与现有技术相比较，本实用新型的优点如下：

1.本实用新型采用的是TiO₂-ZnS复合薄膜光阳极结构，ZnS与TiO₂复合，能够扩展能带范围，吸收更多的太阳光，改变TiO₂薄膜中电子的分布，降低载流子在传导过程中的复合机率，从而提高电子的传输效率，同时还可减少暗电流的产生，多孔结构又能很好的与染料接触，提高与染料的接触面积，从而提高电池的光电转换效率。

2.本实用新型采用的是ZnS与TiO₂复合，ZnS室温下激子束缚能40meV。纤锌矿结构。良好的压电、载流子传输和光催化特性。ZnS光生电子分离的几率越高，电子-空穴的复合率越小，进而能提高染料敏化太阳能电池的转化效率；同时ZnS无毒无害，是一种绿色材料。

3.结构设计巧妙，特别是采用非常规的特殊结构，即TiO₂-ZnS多孔复合薄膜为在表面连续且具有凹凸结构的TiO₂层上覆盖ZnS层，ZnS层表面也具有与TiO₂层表面凹凸方向相同的凹凸结构，染料中产生的电子由于导带能级高低从ZnS导带转移到TiO₂导带，空穴从TiO₂价带转移到ZnS价带，电子相比核壳结构能有效分离，且能通过TiO₂转移到外电路中。

附图说明

图1是TiO₂/ZnS叠层结构图；

图2是TiO₂/ZnS混合结构图；

图3是TiO₂/ZnS包覆结构图；

图4是TiO₂/ZnS包覆叠层结构图；

图5是TiO2-ZnS复合薄膜载流子转移图。